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成都生物所在青藏高原灌丛叶片碳氮磷化学计量学研究中获进展

文章来源:成都生物所 发表时间:2018-04-13

  青藏高原灌丛生态系统主要分布在高原东南部,其种类丰富并能适应低温和干旱等极端气候环境,研究该区域灌丛化学计量学有助于增进我们对全球气候变化背景下灌丛生长响应特征的认识。然而,前人对于植物化学计量学的研究主要集中于森林与草地生态系统,不同类型灌丛碳氮磷化学计量学的基础数据相当匮乏。此外,少数针对小尺度海拔范围森林化学计量学的研究结果显示,乔木叶片氮磷含量随海拔的变化趋势呈现出升高、降低或随机分布等不一致的结论,因此亟需加强对大范围海拔梯度植物叶片碳氮磷垂直分布规律的全面分析。 

  中国科学院成都生物研究所生态中心刘庆课题组收集了青藏高原125个样地48种灌丛植物(海拔523~4685米),将灌丛分为高山、亚高山、山地、河谷、阔叶落叶、常绿落叶、常绿针叶等不同类型,同时测定叶片碳氮磷含量。研究发现,灌丛叶片C、N、P含量分布范围分别是358.2~539.8、9.7~39.4 和0.69~3.43 mg g−1,叶片C与C:N值相比其它区域森林草地以及全球平均水平要高7.3%~47.5%,叶片N与N:P值低10.2–75.8%,叶片P含量相当。灌丛叶片C随海拔升高、温度降低而逐渐升高,印证了植物生理适应假说,即高山/常绿针叶灌丛通过增加叶片内非结构性C含量以平衡渗透压并抵御低温胁迫。灌丛叶片N和P最大值出现于海拔1500米附近的干旱河谷,该区域分布的落叶阔叶灌丛凋落物分解速率更高且根系对土壤养分的吸收能力更强。叶片N:P比值随海拔升高而降低,说明高海拔灌丛生长更易受N限制。 

  此外,该研究首次发现干旱指数与叶片N和P含量呈显著正相关,而年平均降雨量对其并无显著影响;不同灌丛类型叶片元素含量对气候与土壤养分的响应特征存在巨大差异;各灌丛类型环境适应机制和养分获取策略的异质性对CNP化学计量学垂直分异的贡献程度最大,而气候因子(降雨、温度和干旱指数)主要通过对灌丛分布和土壤养分的交互作用来间接调控叶片CNP化学计量学。在未来气候变化背景下,升温和干旱介导的灌丛类型分布区域的改变很可能影响灌丛养分积累及其生态系统功能。 

  该论文以“Shrub type dominates the vertical distribution of leaf C:N:P stoichiometry across an extensive altitudinal gradient”为题,发表于欧洲地球科学联合会主办的学术期刊Biogeosciences,课题组成员赵文强为第一作者,刘庆和尹华军研究员为通讯作者。该研究获得国家重点研发计划(2017YFC0505000)、国家自然科学基金、中国科学院“西部青年学者”等项目的资助。 

  原文链接

  

  青藏高原灌丛叶片碳氮磷含量的垂直分布图

  

  气候、土壤和灌丛类型对叶片碳氮磷化学计量学影响的一般线性模型分析

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